電網(wǎng)建設(shè)中電氣工程自動化技術(shù)應(yīng)用研究

楊靜林，高峰

（內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院有限責任公司，呼和浩特 010020）

1 引言

作為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)、基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)、戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，我國電力行業(yè)隨著近幾年國家經(jīng)濟發(fā)展呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展態(tài)勢，電力發(fā)電量、用電量規(guī)模均持續(xù)擴展，已成為全球最大的電力能源生產(chǎn)國、消費國。截至2021 年6 月，我國規(guī)模以上電廠發(fā)電量達3.8717×1012kW·h，同比增長13.7%，全社會用電量為3.93×1012kW·h，同比增長16.2%。而電氣工程是電網(wǎng)中至關(guān)重要的一部分，電氣工程自動化技術(shù)的應(yīng)用將為我國電網(wǎng)建設(shè)智能化提供充足支持。因此，探究電氣工程自動化技術(shù)在電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用具有非常重要的意義。

2 案例概述

某電網(wǎng)建設(shè)工程位于呼和浩特市，項目總投資15 864.52 萬元，其中建設(shè)投資12 352.52 萬元，占項目總投資的77.86%，其余為流動資金。該電網(wǎng)建設(shè)工程包括AMI、AAM、ATO、ADO 幾個部分。其中，AMI 為高級測量架構(gòu)，負責與用戶之間建立通信聯(lián)系，并發(fā)送帶時標的系統(tǒng)信息；AAM 為高級資產(chǎn)管理，負責使用高級輸電運行、高級配電運行以及高級測量架構(gòu)信息，進行電網(wǎng)運行效率、資產(chǎn)配置的改善；ATO 為高級輸電運行，負責利用高級配電運行信息進行運行改善、輸入優(yōu)化，并賦予高級測量架構(gòu)訪問時長的權(quán)利；ADO 為高級配電運行，負責利用高級測量架構(gòu)的通信收集配電信息，并對電網(wǎng)運行情況進行改善。

3 電網(wǎng)建設(shè)中電氣工程自動化技術(shù)的優(yōu)勢

3.1 提高效率

傳統(tǒng)電網(wǎng)建設(shè)需要多人參與勘測設(shè)計監(jiān)督管理，監(jiān)督管理效率處于較低的水平，相關(guān)問題無法被及時發(fā)現(xiàn)和解決。而利用電氣工程自動化技術(shù)，可以通過指令輸入、評價標準設(shè)置的方式，實現(xiàn)對整個電網(wǎng)建設(shè)系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)督，及時發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)勘測設(shè)計階段存在的風險，提高勘測設(shè)計作業(yè)整體效率。

3.2 便捷操作

在我國科學技術(shù)蓬勃發(fā)展態(tài)勢下，電網(wǎng)建設(shè)智能化進程進一步加速，電氣工程自動化技術(shù)得到了良好的發(fā)展機遇，智能化特征更加突出。利用更具智能化的電氣自動化技術(shù)，可以對電網(wǎng)建設(shè)操作進行全程規(guī)范，并利用移動化終端進行電網(wǎng)建設(shè)工作的細化調(diào)控，提高電網(wǎng)建設(shè)操作的邊界性[1]。

3.3 保障安全

變電站是電網(wǎng)建設(shè)中整個電氣系統(tǒng)中心組件中轉(zhuǎn)站，通過利用電氣工程自動化技術(shù)，可以促使相關(guān)工作者更加便捷地管控變電站，進行變電站運行期間生產(chǎn)數(shù)據(jù)的集中收集、處理。同時根據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢，進行整個變電站的診斷，第一時間發(fā)現(xiàn)變電站運行階段存在的隱患，第一時間解決，為變電站安全運行提供保障。

4 電網(wǎng)建設(shè)中電氣工程自動化技術(shù)的應(yīng)用

4.1 電力調(diào)度中的應(yīng)用

電氣工程自動化技術(shù)應(yīng)用之前，電網(wǎng)電力調(diào)度自動化主要包括變電站自動化、調(diào)度主站自動化2 個部分。變電站自動化主要利用遠方終端裝置RTU 與遙測裝置進行集中式或分布式調(diào)度；調(diào)度主站自動化則是依托SCADA（計算機數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)）進行調(diào)度自動化框架構(gòu)建，內(nèi)部信息孤島較多，信息共享受限?；诖?，在上述案例中，依托通暢、堅強的實體電網(wǎng)架構(gòu)，結(jié)合服務(wù)生產(chǎn)全過程需求，進行系統(tǒng)多種類別實時生產(chǎn)、運營信息的整合，進一步提高對工程完整、準確、標準且含精確時間斷面的全景信息的獲取能力[2]，進而面向電網(wǎng)業(yè)務(wù)，展開動態(tài)、實時的診斷、分析、優(yōu)化，為電網(wǎng)運行工作者提供精細、全面的電網(wǎng)運營狀態(tài)圖，助力調(diào)度決策。

基于電氣工程自動化技術(shù)的電力調(diào)度自動化需要結(jié)合IEC 61970《能量管理系統(tǒng)應(yīng)用程序接口（EMS-API）》，從多廠商開發(fā)EMS 應(yīng)用集成、獨立完整EMS 系統(tǒng)集成、EMS 系統(tǒng)與電力系統(tǒng)運行及其他系統(tǒng)（發(fā)電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)等）集成幾個方面，推進EMS 應(yīng)用軟件開放化、組件化，降低調(diào)度信息集成、信息共享便捷性。該項目結(jié)合自身條件，依托高級測量體系A(chǔ)MI（通信網(wǎng)絡(luò)、智能電表、用戶室內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)），關(guān)聯(lián)負荷數(shù)據(jù)、調(diào)度系統(tǒng)，將高級智能配網(wǎng)子系統(tǒng)ADO、基于三維的GIS地理信息子系統(tǒng)、高級智能輸電運行子系統(tǒng)ATO 互相兼容，提高系統(tǒng)間冗余，消除全局范圍內(nèi)信息孤島，便于從多個區(qū)域性電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫內(nèi)進行電網(wǎng)數(shù)據(jù)調(diào)用，實現(xiàn)電網(wǎng)的雙方向互動供應(yīng)電力能源，提高電能資源調(diào)配的有效性。

在實際運行過程中，電氣工程自動化的電力調(diào)度包括電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、自動發(fā)電控制、經(jīng)濟調(diào)度控制、電力市場化運營、電力故障分析及處理幾個環(huán)節(jié)。其中電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集主要是利用信息采集模塊實時采集下級發(fā)電廠、變電站數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)集中上報給綜合分析中心——控制中心。進而經(jīng)傳輸系統(tǒng)向調(diào)度中心傳達指令；自動發(fā)電控制主要是以調(diào)度自動化系統(tǒng)智能信息處理中心為依托，智能分析采集數(shù)據(jù)實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的發(fā)電控制自動化，規(guī)避發(fā)電不足、發(fā)電過量問題；經(jīng)濟調(diào)度控制則是依據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，進行電力資源的經(jīng)濟配置，降低電力資源浪費風險[3]；電力市場化運營主要針對電力能源無法存儲的特點，以某一時間段內(nèi)電力運行情況為對象，開展系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計以及電力運行質(zhì)保觀察，為電力資源市場化低風險運營規(guī)劃提供依據(jù)；電力故障分析及處理主要是依托信息采集與傳輸處理系統(tǒng)，對電力能源傳輸過程中易出現(xiàn)的問題進行檢測，及時發(fā)出警報或自動調(diào)節(jié)，避免大面積電力系統(tǒng)出現(xiàn)問題。

4.2 發(fā)電廠分散監(jiān)控中的應(yīng)用

發(fā)電廠分散監(jiān)控系統(tǒng)又可稱之為DCS、分布式計算機控制系統(tǒng)，為引入控制分散、管理集中思想的現(xiàn)代化儀表控制系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式為多層分級，可以適應(yīng)多種過程控制管理、數(shù)據(jù)獲取以及電力資源市場化運作要求。將電氣工程自動化技術(shù)應(yīng)用到發(fā)電廠分散監(jiān)控中，可以有效連接發(fā)電廠多區(qū)域、多功能計算機，在閉環(huán)控制系統(tǒng)內(nèi)便捷維護。比如，在2 臺發(fā)電機組為一組的發(fā)電模式中，一旦其中一臺發(fā)電設(shè)備出現(xiàn)故障，就可以利用基于電氣工程自動化技術(shù)的分散監(jiān)控系統(tǒng)斷開故障發(fā)電設(shè)備，規(guī)避故障發(fā)電設(shè)備對整體發(fā)電效率的影響。

在發(fā)電廠分散監(jiān)控中，電氣工程自動化技術(shù)是實現(xiàn)監(jiān)控綜合自動化的關(guān)鍵，可以在原有監(jiān)控系統(tǒng)功能上進行自動化水平的進一步延展，為發(fā)電廠綜合控制功能的提升奠定基礎(chǔ)。以分層分布分散全微機自動化系統(tǒng)為例，需要經(jīng)工業(yè)以太網(wǎng)，依據(jù)IP 通信協(xié)議將若干發(fā)電機組、控制終端設(shè)備互相聯(lián)結(jié)，推進發(fā)電廠分散監(jiān)控系統(tǒng)的一體化運作，達成分散控制、集中管理目的。一般分層分布分散全微機自動化控制系統(tǒng)可以在中央控制室集中布置，并在取消常規(guī)控制室的基礎(chǔ)上，進行網(wǎng)孔部分、電氣自動化部分、控制部分的集中納入[4]。此時，利用網(wǎng)絡(luò)控制自動化，可以完成公用電氣系統(tǒng)、升壓站的檢測控制。同時考慮到分散控制系統(tǒng)配置合理性關(guān)于整個發(fā)電廠電力系統(tǒng)運行狀態(tài)，應(yīng)選擇相對獨立的設(shè)計方式進行1 號機組、2 號機組分散控制系統(tǒng)的設(shè)計，并進行操作站、過程控制單元、歷史數(shù)據(jù)庫等節(jié)點的恰當分配，保證數(shù)據(jù)、指令的高效率傳輸。

4.3 配電網(wǎng)中的應(yīng)用

根據(jù)電網(wǎng)建設(shè)中配電網(wǎng)自動化需求，技術(shù)人員可以建立以數(shù)字化變電站為切入點，以服務(wù)器模型、邏輯節(jié)點模型、數(shù)據(jù)對象模型、邏輯設(shè)備模型為基礎(chǔ)，結(jié)合非常規(guī)互感器、現(xiàn)代化變電站網(wǎng)絡(luò)通信、系統(tǒng)協(xié)議IEC 61850，進行裝置和變電站調(diào)度自動化數(shù)據(jù)模型，促使數(shù)據(jù)變得確定化、透明化。進而利用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)自描述方法，進行不同類別數(shù)據(jù)對象DAType、DOType 類型的定義，促使其形成LNType（邏輯節(jié)點類型）。同時將多個類型的邏輯節(jié)點集成裝置模板，并將若干裝置實例與一次設(shè)備實例整合為變電站數(shù)據(jù)，實現(xiàn)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)服務(wù)的完整描述。在這個基礎(chǔ)上，利用新型互感器以及過程總線，突破站控層自動化功能裝置“邊界”，實現(xiàn)測量信息的全方位共享。并在信息交互的基礎(chǔ)上，利用自動化功能間邏輯配合代替“硬接線”，為配電網(wǎng)控制中心系統(tǒng)提供更加完整的一次設(shè)備監(jiān)測信息、電網(wǎng)運行狀態(tài)信息、二次設(shè)備檢查信息與電網(wǎng)故障計量信息等。通過信息傳輸，實現(xiàn)電網(wǎng)故障分析、區(qū)域防誤策略、區(qū)域無功優(yōu)化策略或區(qū)域備自投策略。

從本質(zhì)上而言，配電網(wǎng)運行中的電氣自動化技術(shù)應(yīng)用是借助計算機技術(shù)，以微機操縱的方式保障電力平穩(wěn)、高效、安全運行。同時輔助工作者進行多級別運行信息的查找，推進自動化調(diào)度控制的實現(xiàn)。具體實操過程中可以運用具有混合式特征的PLC 技術(shù)，以自動化編程以及各環(huán)節(jié)操縱指令記錄的形式，聯(lián)結(jié)微機技術(shù)、配電網(wǎng)繼電接觸控制端以及系統(tǒng)內(nèi)總線，為配電網(wǎng)壓力調(diào)控自動化、流量調(diào)控自動化以及開關(guān)量操作自動化的實現(xiàn)提供依據(jù)。

4.4 電氣設(shè)備控制中的應(yīng)用

在電網(wǎng)建設(shè)中，電氣設(shè)備包括電氣傳動系統(tǒng)、電氣傳動控制系統(tǒng)2 個部分。前者包括傳動裝置、生產(chǎn)過程自動控制部分、動力部分幾個部分；后者包括邏輯元件系統(tǒng)（有觸點/無觸點）、程序控制系統(tǒng)（可變/固定）、開關(guān)量/連續(xù)量幾個部分。電氣工程自動化技術(shù)可以在電氣設(shè)備電氣傳動系統(tǒng)生產(chǎn)過程自動控制部分、電氣傳動控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)中應(yīng)用。即根據(jù)傳統(tǒng)電氣設(shè)備電氣傳動系統(tǒng)工作原理，以TCP/IP 協(xié)議嵌入電氣設(shè)備ROM 內(nèi)的形式，與微處理器（微計算機）有機結(jié)合，利用微計算機計算、存儲功能處理電氣設(shè)備數(shù)據(jù)，并調(diào)節(jié)電氣設(shè)備內(nèi)部行為，獲得最佳數(shù)據(jù)[5]。同時促使電氣設(shè)備具有雙向信息交互功能，在TCP/IP 協(xié)議的支持下，與外界數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間展開雙方向數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)現(xiàn)場級Internet/Intranet/Ethernet功能。此時，網(wǎng)絡(luò)授權(quán)用戶、開放Internet 的區(qū)域均可經(jīng)瀏覽器獲得現(xiàn)場信息，滿足現(xiàn)場電氣設(shè)備遠距離在線控制、編程組態(tài)需求。

此外，考慮到電氣設(shè)備內(nèi)含較多聯(lián)鎖保護裝置，對運行可靠性具有較高要求。因此，本案例在使用電氣工程自動化技術(shù)過程中，均選擇安全性高、抗干擾效果強、作業(yè)效率高的自動化保護裝置，以便在完成電氣設(shè)備正常啟動/停止、運行調(diào)度操作自動化的同時，實時監(jiān)控電氣設(shè)備運行狀態(tài)，應(yīng)急處理電氣設(shè)備數(shù)據(jù)故障，降低電氣設(shè)備運行風險。

5 結(jié)語

綜上所述，電網(wǎng)建設(shè)與電源建設(shè)共同組成了我國電力建設(shè)系統(tǒng)，包括輸電線路與變電設(shè)備建設(shè)、傳統(tǒng)輸配電網(wǎng)智能化升級改造等內(nèi)容。通過將電氣工程自動化技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)建設(shè)中，可以提高能源利用率，改善服務(wù)體系，促使電網(wǎng)建設(shè)與國際能源多元化、清潔化結(jié)構(gòu)相適應(yīng)。因此，相關(guān)人員應(yīng)根據(jù)電力調(diào)度、發(fā)電廠分散監(jiān)控、配電網(wǎng)、電氣設(shè)備控制等模塊需求，進行電氣工程自動化技術(shù)的合理利用，為電網(wǎng)建設(shè)作業(yè)的高效率、高質(zhì)量開展提供保障。